绿色能源的“蓝色方程式”——我国海洋可再生能源发展成就与展望 - 海洋电力发电技术创新

那年那人 · 发表于海洋科普 2024-7-16 15:02:23

能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题。

　　海洋可再生能源（简称海洋能），指海洋中所蕴藏的可再生的自然能源，主要包括以海水为能量载体的潮汐能（潮差能和潮流能）、波浪能、温差能、盐差能。广义的海洋能还包括海上风能、浮式光伏等可再生能源。我国是一个海洋大国，海洋能资源十分丰富，分布广泛。调查显示，我国近海海洋能资源蕴藏量约6.97亿千瓦，相当于30个三峡水电站的装机容量，具有很好的开发利用前景。

　　海洋能开发利用具有显著的新质生产力特征，大力发展海洋能，对助力绿色低碳发展，提升海洋经济发展质量和核心竞争力，服务生态文明建设和海洋强国建设具有重要意义。

　　2010年以来，在中央财政资金的支持下，自然资源部（国家海洋局）从示范工程、技术装备产业化、公共服务体系建设等方面，组织实施了一批海洋能项目，有力助推了我国海洋能从“零”起步，实现了开发水平的大幅提升，技术创新实力逐步迈入世界第一方阵。

　　在能源转型和应对全球气候变化的压力下，海洋能成为当前国际能源领域研究开发的热点和前沿。

　　作为绿色发展在海洋领域的重要实践，我国海洋能科技创新能否解出“海上方程式”？海洋能产业发展能否在新赛道跑出新天地？近期，国家海洋技术中心科技人员就我国海洋可再生能源发展成就与展望进行了梳理和思考。

潮流能进入“兆瓦时代”

领跑者如何决胜

　　据国际能源署海洋能系统技术合作计划预测，到2050年，全球海洋能装机规模将超过3亿千瓦，将带动68万个直接就业机会，实现年减排二氧化碳5亿吨。

　　近年来，国际上潮流能资源利用迅猛发展，已进入商业化应用前期阶段，全球总装机已超过1万千瓦。英国亚特兰蒂斯公司开发的总装机规模39.8万千瓦的“梅根”潮流能商业化发电项目首期4台1500千瓦机组于2016年11月并网发电，年并网发电量超过1200万千瓦时，年满发小时数超过2000小时，接近海上风电水平。

　　大力开发潮流能资源，不仅可为沿海地区能源结构调整提供补充，助力能源改革发展，还可为海洋工程装备制造产业升级提供新动能。在对我国具有开发潜力的99条水道初步评估后，评估结果显示其潮流能资源蕴藏量约为833万千瓦。浙江近海潮流能资源最为丰富，占全国总量的50%以上，主要集中于杭州湾口和舟山群岛海域，官山、龟山、灌门、西堠门、金塘等水道均具有建设大型潮流能发电场资源条件。

　　我国潮流能利用技术发展快速，随着浙江林东新能源科技股份有限公司、中国长江三峡集团、国电联合动力技术有限公司、浙江大学等单位开发的潮流能机组相继实现并网发电，我国已成为国际上少数几个具备开展潮流能兆瓦级并网项目开发能力的国家。浙江林东新能源潮流能项目首期机组于2016年8月在舟山并网发电，电站连续运行时间超过60个月，累计发电量已突破600万度，连续运行时间和发电量居我国首位及世界前列。2022年2月24日，随着我国首台兆瓦级潮流能发电机组“奋进号”在浙江林东新能源潮流能项目二期平台成功下水，标志着我国潮流能发展正式进入“兆瓦时代”，截至目前，新机组并网发电已超过310万度，创我国单机纪录。

位于浙江舟山海域的林东新能源潮流能项目。

　　兆瓦级潮流能机组成功投运并实现稳定并网运行，标志着我国自主开发的潮流能技术已进入国际先进水平，尤其是在可靠性和可维护性方面与国外同类技术有明显优势。

潮差能波浪能温差能

能否接棒“新赛道”

　　不仅潮流能，我国其他海洋能领域创新和应用领域也在不断发展。

　　潮汐能方面——我国已掌握拦坝式潮汐能（潮差能）发电、发电机组制造及电站运行等关键技术，在机组效率、复杂工况适应性等方面达到世界先进水平。江厦潮汐试验电站是我国首座单库双向型潮汐电站，于1972年开始建设，1980年首台机组实现发电，已实现商业化运行40余年，江厦潮汐试验电站总装机容量4100千瓦，居全球第三。截至2023年底，江厦潮汐试验电站累计并网发电已超2.5亿千瓦时。

　　作为最成熟的海洋能发电技术，传统拦坝式潮汐能技术早在数十年前就已实现商业化运行。目前，国际上在运行的拦坝式潮汐电站主要采用单库方式。韩国于2011年建成始华湖潮汐电站，装机容量达254兆瓦，为目前世界上最大的潮汐电站，每年可减少二氧化碳排放31.5万吨。除了传统拦坝式潮汐能（潮差能）技术之外，英国、荷兰等国研究机构还开展了开放式潮汐能开发利用技术研究，提出了潮汐潟湖、动态潮汐能等具有环境友好特点的新型潮汐能技术。

　　波浪能方面——波浪能具有分布范围广、利用形式多样等特点。波浪能利用不仅可为海岛提供清洁能源，还可利用波浪能提供的动力实现海水淡化或为海洋养殖平台和海洋观测设备提供电力，在海洋开发、海岛建设中扮演重要角色。我国波浪能资源丰富，尤其我国广东和南海地区，是我国波浪能资源主要富集区域，开发条件优越。

　　我国波浪能开发利用始于20世纪70年代末。近年来，随着海洋强国的加快建设，我国波浪能多领域融合利用获得突破，立足自主创新，培育了一批适合我国小波浪资源条件的波浪能利用技术装备，在南海岛礁能源保障、深水养殖、仪器供电等方面成功应用，创造多项“全球首次”。全球首台半潜式波浪能养殖一体化平台“澎湖号”，已在渔业基地开展超过48个月的养殖示范。该平台作为海洋能与海水养殖结合的“绿色发展”成功案例，已形成可满足不同海域用户需求的系列化产品，获得多地企业订单，带动社会投资上亿元，并受到多个东南亚国家的高度关注。我国500千瓦波浪能装置“舟山号”“长山号”已完成建造并开展了海上试验，预计年内我国首个兆瓦级波浪能示范工程将投入示范运行。2023年，全球装机最大的1兆瓦波浪能发电装置“南鲲”号成功布放并开展海上试验运行。

位于广东珠海海域的500千瓦波浪能装置“舟山号”。

位于广东珠海海域的半潜式波浪能养殖旅游平台“澎湖号”。

位于广东珠海海域的兆瓦级漂浮式波浪能发电装置“南鲲”号。

　　从世界范围看，波浪能发电技术仍在加紧关键技术研发与示范，多个发电装置已完成实海况示范运行，其中部分已达到商业化应用的前期阶段，美国、西班牙、丹麦、爱尔兰等国家均在该领域有所突破。美国 OPT公司研发的波浪发电浮标产品已基本实现商业化。西班牙莫奇库波浪能电站位于西班牙莫奇库港口的防波堤上，配备了16个总装机296千瓦的振荡水柱发电装置，每年可发电约30万千瓦时，相当于当地100户家庭一年的用电量。自2011年投产以来，该电站已发电超过240万千瓦时。除了发电，莫奇库波浪能电站现已成为西班牙巴斯克地区海洋能试验场的一部分，可为波浪能相关新技术提供实海况测试服务。

　　温差能方面——我国在温差能开发利用方面尚处于起步阶段。近年来，在国家重点研发计划、海洋能资金等支持下，自然资源部第一海洋研究所、中国海洋大学等研究机构开展了探索性研究和试验。2023年8月，广州海洋地质调查局牵头研发的我国首台20千瓦海洋漂浮式温差能发电装置在南海海域开展了首次海上试验，成功完成温差能发电技术验证，是我国首次在实际海况条件下实现海洋温差能发电原理性验证和工程化运行。

　　对海洋温差能利用开展研究的主要有美国、日本和韩国等国家。其中美国和日本从事温差能利用研究最早、技术最为先进，先后研建过多个温差能试验电站。美国海洋温差能热交换测试系统是世界上最大的闭式循环温差能发电系统。日本于2013年建成的50千瓦温差能试验电站，是结合发电和深海水利用的综合性温差能系统，该电站目前仍在运行中。韩国已建成世界上最大的温差能示范装置，装机功率达到1兆瓦。

海洋能商业化“前夜”

新概念面临新挑战

　　当前，海洋能作为一个能源领域的新概念，正处于商业化的“前夜”。海洋能的发展已纳入了国家顶层设计。“推进海水淡化和海洋能规模化利用。”写入《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》。

　　2021年10月21日，国家发展改革委、国家能源局、财政部、自然资源部等9个部门联合印发《“十四五”可再生能源发展规划》，明确了稳妥推进海洋能示范化开发，开展潮流能和波浪能示范，积极推进兆瓦级潮流能发电机组应用，开展潮流能独立供电示范应用，探索推进波浪能发电示范工程建设，推动多种形式的波浪能发电装置应用，探索开发海岛可再生能源，开展海岛可再生能源多能互补示范，探索海洋能在海岛多能互补电力系统的推广应用等发展路径。

　　当前，推动海洋能的高质量发展，还有很多尚待破解的瓶颈，如规模化、多能互补、多元投入等问题。有专家表示，我国海洋能正处于向产业化迈进的关键阶段。在这一阶段，为加快形成符合新时期新形势要求的海洋能产业发展环境，专家建议：

　　根据我国资源状况和沿海地区社会发展的需要，统筹规划海洋能产业发展。持续加大对海洋能发展的资金支持力度，加速推动海洋能技术和装备的不断成熟。研究制定优惠的投资政策，上网电价补贴与税收政策，支持海洋能规模化开发利用。推广具有发展前景的潮流能、波浪能技术，推动海洋能规模化重点示范工程建设。扶持龙头企业，发展海洋能装备制造业。充分利用全球海洋能开发科技资源，加速我国海洋能开发利用的进程。

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